BR 287 Duplication Designed through the Methods of DNIT and MeDiNa (2020): Structural and Financial Analysis

The paving field has experienced extensive changes due to the growth of traffic. In order to attend this evolution, it became necessary the implementation of a new methodoly for pavement designing that uses a mechanistic-empirical approach. This paper aims to compare, structurally and financially, three structures, one designed using the DNIT’s method and two through “Método de Dimensionamento Nacional – MeDiNa”. The three structures were analyzed concerning the behavior in relation to permanent deformation, fatigue life and regarding the necessary investment to pave one-kilometer duplication of an existent highway. Even though the two structures designed through MeDiNa were find to be more expensive than the one designed using DNITs precepts, when considering the cost related to the number of load requests supported by the pavement, structures designed through MeDiNa proved to be more reliable in face of layers damage and presented a good cost per supported requests

Comparativo de Projeto de Pavimentos Flexíveis através Métodos de Dimensionamento do Brasil e da AASHTO

Este trabalho tem como objetivos fazer a análise de pavimentos dimensionado por meio do método oficial do DNIT confrontando com do uso do software SisPavBR desenvolvido na UFRJ e também o software AASHTOWare Pavement, que carrega consigo o método de dimensionamento proposto pelo AASHTO ME, NCHRP 1-37A. Para isto, foi então feito uso da contagem de veículos realizados para BR116/RS; no entanto, foi necessário criar bandas de volume de tráfego (N), devido o método do DNIT não considerar o arranjo dos eixos como o SisPavBR e AASHTOWare fazem em suas avaliações. Foi realizado também o levantamento do custo executivo do km de pavimento dimensionado por cada método. Desta maneira, verificou-se que enquanto um pavimento dimensionado pelo DNIT necessita de uma espessura de revestimento de 12,5 cm, no SisPavBR a camada necessária é de 19,5 cm e a conforme a AASHTO 40 cm. Da mesma forma, o custo do pavimento foi mais elevado para o dimensionamento da AASHTO e do SisPavBR, em relação ao método oficial. Adicionalmente foi realizada a análise da vida de projeto do pavimento dimensionado pelo DNIT, o qual ficou bem abaixo do esperado em ambas as análises, chegando em um caso a durar apenas 2 meses. Fica patente a necessidade de discutir a evolução do método oficial para uma abordagem mais moderna e em sintonia com a Mecânica de Pavimentos

Identification of Elastic Response of Asphalt Pavements Layers Using Deflectometric Tests With Different Load Levels

It is a unusual practice in national new pavement designs and rehabilitations to consider the nonlinear elastic behavior of the materials that constitute or will constitute the pavement layers. However, the linear elastic response is a simplification of the actual pavement layers behavior, since the materials used in the structure have stiffness dependent on the stress state (granular layers and subgrade) or on the temperature and time of load application (asphalt concrete). In view of this, this paper aims to study the elastic behavior of the pavement structures of two monitored sites in the city of Santa Maria/RS, through tests with FWD equipment, applying four different levels of loading on the full extension of these two sites. In these structures, the pavements showed a tendency to stiffening with increasing load acting at initial measuring distances (near the FWD load application point), which represent the elastic compression of all layers that make up the pavement. The measuring distances farther from the load application point, referring to the elastic compression of the subgrade, indicated, in most cases, a tendency to linear behavior of the load-deflection relationship in both sites. The backcalculated resilience modulus confirmed the impressions drawn from the load-deflection relationships, indicating the nonlinear elastic behavior of the granular layers (base and sub-base) of the analyzed sites, with resilience modulus directly proportional to the increase of the confining stress. The subgrade of the experimental sites exhibited varied behavior, and could be simplified by linear elasticity, without considerable loss. The same fact happened for the asphalt concrete material used in the pavement of site 1. For site 2, the backcalculated modulus indicated asphalt concrete stiffness dependent on the vertical surface stress increment at the center of the load plate.

Avaliação do comportamento de misturas asfálticas recicladas a quente com inserção de material fresado

Este trabalho tem por objetivo avaliar a técnica da reciclagem a quente em misturas asfálticas com relação àspropriedades mecânicas, a fim de verificar a adequabilidade de seu emprego na substituição de materialgranular virgem por material reciclado do pavimento (fresado) em diferentes porcentagens, visando suaaplicação em camadas de pavimento. Para atingir este objetivo, foram realizados ensaios laboratoriais a fimde avaliar misturas contendo 10%, 20% e 30% de adição de fresado, comparadas a uma mistura de referênciasem adição do agregado reciclado. Para avaliação de rigidez foram realizados ensaios de módulo deresiliência (MR) e módulo dinâmico uniaxial. Além destes, foram realizados ensaios de resistência à traçãoindireta (RT) e Flow Number (FN) para avaliação de resistência mecânica e, também, ensaios de dano porumidade induzida, através do Lottman Modificado, e desgaste no ensaio Cântabro, para avaliação daspropriedades de adesividade e coesão das misturas, respectivamente. Através da análise dos resultados foipossível verificar uma importante economia do teor de ligante adicionado, visto que o material fresadocontém ligante envelhecido e, assim, a redução de ligante novo variou de 12,9% até 35,7% para misturas com10% e 30% de material reciclado, respectivamente. O experimento indicou que a adição de fresado emmisturas asfálticas afeta o módulo e aumenta a rigidez das misturas; o ensaio de FN mostrou o ganho deresistência à deformação permanente das misturas, bem como não houve problemas significativos dedesgaste e de adesividade, ou seja, as perdas encontradas são insignificantes e não comprometem a utilizaçãodeste material.Palavras-chave: reciclagem a quente; fresado; módulo dinâmico

Avaliação laboratorial do tipo e teor de ligante e da granulometria na deformação permanente de misturas asfálticas

Este trabalho avaliou a influência na deformação permanente do tipo e teor de ligante asfáltico e da granulometria quanto ao método Bailey, Faixa de Agregado Dominante (FAD) e faixas granulométricas B e C por meio do ensaio uniaxial de carga repetida. Para isso utilizaram-se três ligantes asfálticos, 50/70, AMP 60/85 e o Highly Modified Asphalt (HiMA), quatro granulometrias, sendo duas Faixa B e duas C, e dois métodos de dosagem, Superpave e Marshall, totalizando 24 misturas asfálticas. Os resultados indicaram que as modificações no tipo e no teor dos ligantes asfálticos foram mais influentes na deformação permanente do que a granulometria das misturas, inclusive encontrou-se boa correlação entre a reologia dos ligantes e os Flow Numbers (FNs) obtidos. O método Bailey apresentou-se mais efetivo em conferir ganho de resistência comparado ao método FAD e a utilização da granulometria faixa B não resultou em um melhor comportamento comparado a uma granulometria faixa C

Projeto e implementação de ensaio de fadiga por tração-compressão direta (uniaxial) para avaliação de dano em misturas asfálticas

No país, são dois os mais recorrentes defeitos encontrados nas rodovias: deformação permanente e trincamentopor fadiga. Dentre as mais variadas causas, a formação e propagação de trincas no revestimento asfálticoocorrem em consequência das repetidas solicitações do tráfego que, com o tempo, reduzirão drasticamentea vida de serviço do pavimento, por exemplo, facilitando a penetração de água nas camadas granularesda estrutura e acelerando sua deterioração. Além disso, os ensaios mais comumente utilizados no Brasil paraavaliação e previsão de desempenho quanto à fadiga do concreto asfáltico ainda suscitam muitos questionamentosno meio técnico-científico. Assim, no contexto da caracterização avançada de misturas asfálticas,realizou-se o desenvolvimento de projetos referentes a um sistema mecânico para ensaio bem como de tratamentode dados após os testes. Trata-se do ensaio de Fadiga por Tração-Compressão Direta (Uniaxial) quepossibilita avaliar e caracterizar o comportamento de misturas asfálticas quanto ao dano por fadiga. Foramrealizadas adaptações de peças já existentes em outros dois centros de pesquisa para que se ajustassem àprensa hidráulica utilizada na Universidade Federal de Santa Maria (UFSM): a Universal Testing Machine(UTM-25). Testes foram efetuados e monitorados para certificar a compatibilidade entre as peças produzidase a prensa hidráulica utilizada e os resultados encontrados demonstraram sucesso no caminho proposto.Palavras-chave: Pavimentação asfáltica. Fadiga por Tração-Compressão Direta (Uniaxial). Aparato deensaio

Study of concrete pavement behavior in bonding condition between concrete slab and cemented or asphalt base.

Motivado pela alteração do sistema construtivo de pavimentos de concreto de cimento Portland, na qual foi abolida a utilização da manta plástica entre placas e bases cimentadas, com conseqüente emprego de imprimação da base com emulsão asfáltica, este trabalho buscou responder algumas indagações surgidas durante este processo. Em laboratório, através de uma metodologia de ensaio especialmente adaptada para o estudo da resistência ao cisalhamento entre concreto de cimento Portland (CCP) e concreto compactado com rolo (CCR), inferiu-se, para diferentes tratamentos de interface, elevados níveis de resistência ao cisalhamento em interfaces sem emulsão asfáltica que potencializam o emprego de estruturas monolíticas de pavimentos. Quanto àquelas que continham material asfáltico, foram obtidos resultados muito inferiores aos anteriores, com caracterização de ruptura dúctil, por efeito de fluência do material betuminoso. Duas pistas experimentais instrumentadas, uma em whitetopping ultradelgado e outra em pavimento simples de concreto executado segundo a nova prática construtiva, capazes de mensurar as deformações específicas do CCP durante a execução de provas de carga dinâmica, associadas às modelagens por elementos finitos (MEF), realizadas com auxílio do programa ISLAB2000, propiciaram importantes inferências sobre o comportamento mecânico destes dois tipos de pavimentos de concreto. Verificou-se o trabalho mecânico composto (monolítico) das estruturas de whitetopping ultradelgado, com boas correlações entre as tensões medidas e numericamente calculadas; e entre os rebaixamentos da linha neutra (LN) determinados analítica, numérica e experimentalmente. No tocante ao pavimento simples de concreto sobreposto à base cimentada imprimada, apesar das ótimas correlações entre tensões medidas e determinadas numericamente, não se pode obter conclusões definitivas a despeito do trabalho mecânico desta estrutura, apesar da existência de indícios de comportamento não-monolítico.This thesis intended to answer some inquiries, which arose during the alteration of the concrete pavement constructive process. This process substituted the plastic blanket by the asphalt emulsion, between the concrete slabs and the cemented bases. A laboratorial test methodology, specially adapted for the study of shear strength between the Portland cement concrete and the rolled concrete, inferred, for different types of interlayer treatments, high levels of shear strength, at the interfaces without asphalt emulsion. These shear strength levels enable the monolithic behavior of the pavement structure. When the asphalt emulsion was presented at the interlayer, the shear strength was much smaller than the former, with ductile rupture due to creep of the bituminous material. Two instrumented road tests, the first section in ultra-thin whitetopping pavement and de second one, in jointed plain concrete pavement (built according to new constructive process), and the finite element analyses led to important conclusions about the mechanical behavior of these pavement structures. This was possible because the strain-gages measured the specific concrete deformations during the dynamic load tests. The monolithic behavior of the ultra-thin whitetopping pavement was verified. There were good correlations between the measured stresses and theoretical stresses, which were calculated by the finite element method; and between the neutral axle displacements, estimated by analytical, numerical and experimental methods. With regard to the jointed plain concrete pavement, which was built over the cemented base (covered by the asphalt emulsion), great correlations between measured and simulated stresses were found, as well as it was found for ultra-thin whitetopping. However, it was not possible to conclude, definitively, concerning the mechanical behavior of this pavement structure, although there are clues that ndicated a non-monolithic behavior, that is, concrete slabs are unbounded up with the cemented base

Thermal gradients and deformations in ultra-thin witetopping.

Propiciado pela construção de uma pista experimental inteiramente instrumentada com medidores de deformação e de temperatura na Cidade Universitária, este trabalho buscou o entendimento de inúmeros fatores intervenientes no desempenho do whitetopping ultradelgado, recente técnica de manutenção de pavimentos asfálticos com a utilização de delgadas placas de concreto, sob tráfego característico urbano, em condições tipicamente tropicais de uso, sobre uma pequena espessura de concreto asfáltico remanescente de fresagem. Com o intuito de nortear o problema em questão, além da revisão bibliográfica, foram realizados levantamentos periódicos das condições estruturais e funcionais deste pavimento; leituras contínuas de temperaturas e deformações obtidas por meio de um sistema automatizado de captação de dados junto aos instrumentos colocados no interior das placas; caracterização dos gradientes térmicos presentes nas placas durante as diferentes estações climáticas do ano. Foram realizadas provas de carga, estáticas e dinâmicas, com intuito de verificar os reais níveis de deformação aos quais as placas estariam sujeitas quando da interação com o tráfego; posteriormente, realizou-se modelagem numérica por meio de um programa de elementos finitos objetivando uma comparação com os dados obtidos nas provas de carga, analisando inclusive o posicionamento da linha neutra neste pavimento composto. Por fim, em uma sucinta abordagem sobre as deflexões antes e depois da execução do whitetopping ultradelgado, observou-se o tipo de comportamento estrutural do pavimento nas condições em que o experimento foi realizado. Ao término da pesquisa, inferiu-se que os gradientes térmicos dependem de vários fatores climáticos que não somente a temperatura ambiente, importando também a irradiação solar, o número de horas de sol, a velocidade de crescimento e decréscimo da temperatura ambiente; os gradientes térmicos encontrados não são importantes para o acréscimo nos níveis de tensões nas placas, não alterando assim a vida à fadiga do whitetopping ultradelgado, considerada a magnitude destes gradientes, as diminutas dimensões das placas e ainda a presença de aderência na interface concreto e concreto asfáltico. Em provas de carga, concluiu-se que os valores de tensões obtidos em campo mantêm grandezas semelhantes com os provenientes de modelos numéricos e ainda observou-se o vasto potencial de utilização das provas dinâmicas. Dado o excelente desempenho observado nas condições do experimento, mesmo com as placas aderidas a uma delgada camada asfáltica, fator que diferentemente do relatado no exterior não comprometeu o desempenho, não foi possível fazer uma avaliação em termos funcionais do desempenho deste tipo de pavimento. Verificou-se a significativa redução nas deflexões após a execução das placas, visualizando inclusive a transferência de cargas entre sucessivas placas, quando mantida a integridade estrutural das demais camadas do pavimento.In this work, several factors affecting behavior and performance of ultra-thin whitetopping were evaluated taking advantage of a full scale experimental pavement, restored by applying such technique. Temperatures and thermal gradients in concrete thin slabs were evaluated by almost one year, comprising al the seasons. Load tests were carried out to allow strains measurements on concrete as well to define the deflection basins on whitetopped pavements. The experimental research has permitted to verify the dependence of thermal gradients on air temperature and solar radiation among other factors. It was observed that the thermal gradients practically do not affect behavior of the thin slabs. Stresses received from load tests compared to finite element generated stresses shown to maintain a good and closed relation. Due to good performance observed along the experiment it became not possible to establish patterns of functional performance. Expressive decrease of deflection level was observed over concrete overlays allowing to infer some load transfer on joints when the slabs are to be laid over non distressed old asphalt pavements